JP5485066B2

JP5485066B2 - 三次元測定機

Info

Publication number: JP5485066B2
Application number: JP2010173319A
Authority: JP
Inventors: 憲次小野; 誠一萩原; 房大金; 政夫川堀; 政夫鈴木
Original assignee: Mitutoyo Corp
Current assignee: Mitutoyo Corp
Priority date: 2010-08-02
Filing date: 2010-08-02
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-08-02
Also published as: JP2012032319A

Description

本発明は、三次元測定機に関する。詳しくは、スピンドル内にエアーバランス機構を備えた三次元測定機に関する。

被測定物の形状や寸法などを測定する三次元測定機のなかには、先端にプローブを有するスピンドル内に、エアーバランス機構を組み込み、このエアーバランス機構によって、プローブを含むスピンドルの重量をバランスさせてスピンドルの上下動を軽い力で行えるようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。

これは、被測定物を載置するテーブルと、先端にプローブを有する中空筒状のスピンドルと、このスピンドルを上下方向（Ｚ方向）へ昇降させるＺ方向駆動機構、テーブルとスピンドルとを上下方向に対して直交しかつ互いに直交する方向（Ｘ，Ｙ方向）へ相対移動させるＸ方向駆動機構およびＹ方向駆動機構を有する移動機構と、プローブを含むスピンドルの重量に見合う押上力をスピンドルに発生させるエアーバランス機構とを備えている。

エアーバランス機構は、スピンドルの内部にスピンドルの軸方向に沿って設けられたシリンダと、このシリンダ内に摺動可能に収納されたピストンと、このピストンをスピンドルを上下方向へ昇降可能に支持する支持部材に支持する支持軸と、ピストンで区画されたシリンダ内の空間であって供給されるエアーの圧力によってプローブを含むスピンドルの重量に見合う押上力をスピンドルに発生させる押上力発生室とを備えて構成されている。

このような構成において、ピストンで区画されたシリンダ内の押上力発生室に、プローブを含むスピンドルの重量に見合う圧力のエアーを供給すると、この押上力発生室に供給されるエアーの圧力によって、プローブを含むスピンドルの重量に見合う押上力がスピンドルに発生されるから、スピンドルの上下動を比較的軽い力で行うことができる。

特開２００３−１４８５８１号公報

ところで、上述した構造において、スピンドルの先端に取り付けられたプローブには、電力供給線や信号線などの配線が接続される。プローブに接続された配線がスピンドルの外側に沿って配線されていると、デザイン上から見栄えがよくないだけでなく、操作上配線が邪魔になったり、また、プローブを被測定物の測定部位に接触させる際に配線が測定部位に接触する等の不具合が考えられる。

そこで、従来の構造では、スピンドルの先端に取り付けられたプローブからの配線を、スピンドルの内面とシリンダの外面との間の隙間を通してスピンドルの上部に導き、そこからスピンドルの外部へ引き出しているが、スピンドルの内面とシリンダの外面との間の隙間は狭いため、配線時にシリンダに接触しやすい。すると、配線の接触に伴ってシリンダに外力が作用するため、シリンダの曲がりが発生しやすい。シリンダが曲がると、その内側に収納されたピストンとの間の摺動抵抗も増すため、スピンドルの上下動や測定精度に影響を与える。

本発明の目的は、このような課題を解消し、スピンドル内にエアーバランス機構を備えた構成において、外観を損なうことなく、スピンドルの上下動や測定精度にも影響を与えることが少ない三次元測定機を提供することにある。

本発明の三次元測定機は、被測定物を載置するテーブルと、支持部材に上下方向へ昇降可能に支持され先端にプローブを有する筒状のスピンドルと、このスピンドルを上下方向へ昇降させるＺ方向駆動機構、前記テーブルと前記スピンドルとを前記上下方向に対して直交しかつ互いに直交する方向へ相対移動させるＸ方向駆動機構およびＹ方向駆動機構を有する移動機構と、前記プローブを含むスピンドルの重量に見合う押上力を前記スピンドルに発生させるエアーバランス機構とを備えた三次元測定機において、前記エアーバランス機構は、前記スピンドルの内部に上下方向に沿って設けられたシリンダと、このシリンダ内に摺動可能に収納されたピストンと、このピストンを前記支持部材に支持する支持軸と、前記ピストンで区画された前記シリンダ内の空間であって供給されるエアーの圧力によって前記プローブを含むスピンドルの重量に見合う押上力を前記スピンドルに発生させる押上力発生室とを備えて構成され、前記プローブからの配線を、前記シリンダに接触させることなく、前記スピンドルの内面と前記シリンダの外面との間を通して前記スピンドルの外部へ導く誘導路が前記スピンドルの内部に形成されている、ことを特徴とする。

このような構成によれば、プローブからの配線を、エアーバランス機構のシリンダに接触させることなく、スピンドルの内面とシリンダの外面との間を通してスピンドルの外部へ導く誘導路がスピンドルの内部に形成されているから、プローブからの配線がシリンダに接触するのを防止できる。
従って、シリンダに外力が作用しないから、シリンダに曲げ力が作用するのを防止できる。その結果、シリンダとピストンとの間の摺動抵抗も増加することがないため、スピンドルの上下動や測定精度にも影響を与えることが少ない。もとより、プローブからの配線はスピンドルの外側に沿って配線されていないため、外観を損なうこともない。

本発明の三次元測定機において、前記スピンドルの内部には前記シリンダの外面を覆う保護筒が取り付けられ、この保護筒の外面と前記スピンドルの内面との間に前記誘導路が形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、スピンドルの内部において、保護筒をシリンダの外面を覆うように配置するだけで誘導路を形成することができる。従って、新たに保護筒を追加して設置するだけで構成できるから、簡単に構成できる。

本発明の三次元測定機において、前記スピンドルの内面に前記プローブからの配線を収納する配線収納穴または配線収納溝が前記シリンダの外面と離間して形成され、この配線収納穴または配線収納溝が前記誘導路として形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、スピンドルの内面に配線収納穴または配線収納溝が形成され、この配線収納穴または配線収納溝を誘導路としたので、新たな部材を追加して設置する構成に比べ、部品点数を削減でき、安価に構成できる。

本実施形態に係る三次元測定機を示す斜視図。同上実施形態において、Ｚ軸スピンドルおよびその周辺機構を示す図。同上実施形態において、摩擦駆動機構を示す平面図。同上実施形態において、誘導路の変形例を示す図。

図１は、本発明にかかる三次元測定機の一実施形態を示す斜視図である。
本実施形態の三次元測定機１は、被測定物を載置するテーブル２と、プローブ１３を移動させる移動機構を備えて構成されており、この移動機構として、プローブ１３をＹ方向へ移動させるＹ方向駆動機構３と、プローブ１３をＸ方向へ移動させるＸ方向駆動機構７と、プローブ１３をＺ方向へ移動させるＺ方向駆動機構１１を備えている。

テーブル２は、被測定物を載置するために精密平坦加工された上面を備える四角柱状に形成されている。説明のために、テーブル２の上面で互いに直交する二方向をそれぞれＸ方向（左右方向）、Ｙ方向（前後方向）とし、テーブル２の上面に垂直な方向をＺ方向（上下方向）とする。

Ｙ方向駆動機構３は、テーブル２上でＹ方向に設けられたＹガイドレール４と、このＹガイドレール４に沿って移動可能に設けられたＹスライダ５Ｌと、このＹスライダ５Ｌと対になってテーブル２上をＹ方向へ移動するＹスライダ５Ｒとを備えて構成されている。なお、Ｙガイドレール４とＹスライダ５Ｌ、テーブル２とＹスライダ５Ｒとの間にはエアーベアリングが設けられているが、説明を省略する。

Ｘ方向駆動機構７は、Ｙスライダ５ＬとＹスライダ５Ｒに両端が支持された長手状のガイド部材であるＸビーム８と、このＸビーム８の長手方向に沿って移動可能に設けられた可動部材であるＸスライダ９と、このＸスライダ９を移動させるＸスライダ駆動手段１０とを備えている。Ｘビーム８は、両端がＹスライダ５ＬとＹスライダ５Ｒの上に支持され、Ｙ方向駆動機構３の駆動により、Ｙ方向に移動される。Ｘスライダ９とＸビーム８との間にはエアーベアリングが設けられているが詳細は省略する。

Ｚ方向駆動機構１１は、図２に示されるように、Ｚ軸スピンドル１２と、このＺ軸スピンドル１２を垂直方向にガイドするガイド部材としてのガイド筒２２と、上端が揺動可能に支持されかつ下端にピストン２９を有するとともにＺ軸スピンドル１２の重心近傍を通るようにＺ軸スピンドル１２に挿通された支持軸２８と、Ｚ軸スピンドル１２と支持軸２８との間に設けられた摩擦駆動機構１４と、これらをハウジングするハウジング３２とを備えて構成されている。

Ｚ軸スピンドル１２は、内部が中空な角筒状に形成され、ガイド筒２２によって垂直方向にガイドされている。Ｚ軸スピンドル１２の下端には、被測定物に接触し、被測定物の位置および／または座標を測定するためのプローブ１３が設けられている。
ガイド筒２２は、筒孔を垂直方向に向けた状態でＸスライダ９に設けられ、内部にエアーベアリング２３を介してＺ軸スピンドル１２を上下方向に昇降可能に挿通、支持している。エアーベアリング２３は、エアーパッド２４がガイド筒２２の筒孔に設けられ、このエアーパッド２４からＺ軸スピンドル１２の摺動面（外面）にエアーが噴気されることによって形成されている。

支持軸２８の上端は、ガイド筒２２に立設された支柱２５に支持されている。支柱２５は、ガイド筒２２から少なくともＺ軸スピンドル１２の移動量以上の高さを有する位置に横梁２６を有し、この横梁２６とＺ軸スピンドル１２の移動軸の交点に孔が設けられている。支持軸２８の上端は、横梁２６の孔に挿通されるとともに、支持軸２８と直交する面を有する鍔部３０を備えている。この鍔部３０の上面にはボール３１が設けられ、このボール３１が支柱２５に設けられた軸受片２７によって軸受けされることにより、支持軸２８の上端が揺動可能に支持されている。

摩擦駆動機構１４は、図３に示されるように、支持軸２８を相挟み込む駆動ローラ１５および従動ローラ１６と、駆動ローラ１５を駆動させるモータ１７とを備えて構成されている。駆動ローラ１５と従動ローラ１６は所定の押圧力で支持軸２８を挟み込み、両ローラ１５、１６と支持軸２８との間で生じる摩擦力で駆動ローラ１５および従動ローラ１６が支持軸２８に対して空転しない構成となっている。駆動ローラ１５とモータ１７にはそれぞれプーリ１５１，１７１が設けられ、このプーリ１５１，１７１に掛け渡されたベルト１８を介してモータ１７の動力が駆動ローラ１５に伝達される。

Ｚ軸スピンドル１２の内部にはエアーバランス機構１９が設けられている。
エアーバランス機構１９は、Ｚ軸スピンドル１２の内部に上下方向に沿って設けられたシリンダ２０と、このシリンダ２０内に摺動可能に収納されたピストン２９と、このピストン２９を支持部材であるガイド筒２２やＸスライダ９などに支持する支持軸２８と、ピストン２９で区画されたシリンダ室のうちの支持軸２８側の押上力発生室２０１とを含んで構成されている。押上力発生室２０１には、この押上力発生室２０１内にエアーを供給する噴気孔２１が設けられている。エアーは、押上力発生室２０１の内圧によってＺ軸スピンドル１２の重量に見合う押上力を発生させる程度の圧力でもって供給される。

シリンダ２０の外側には、シリンダ２０の外側面を覆う保護筒４１が設けられている。保護筒４１は、シリンダ２０の外面に対して僅かな隙間を有する大きさの筒形状で、上端がＺ軸スピンドル１２に連結固定されている。
保護筒４１の外面とＺ軸スピンドル１２の内面との間の隙間には、プローブ１３からの配線１３ＡをＺ軸スピンドル１２の上端に形成された引出口４２に案内する誘導路４３が形成されている。つまり、プローブ１３からの配線１３Ａを、シリンダ２０に接触させることなく、Ｚ軸スピンドル１２の内面とシリンダ２０の外面との間を通してＺ軸スピンドル１２の外部へ導く誘導路４３がＺ軸スピンドル１２の内部に形成されている。
なお、プローブ１３からの配線１３Ａは、Ｚ軸スピンドル１２の上端に形成された引出口４２から、Ｚ軸スピンドル１２の外部へ引き出されたのち、ハウジング３２内で所定距離蛇行されたのち、Ｘビーム８内に挿入され、所定の回路に接続される。

このような構成からなる三次元測定機１において、被測定物の位置および／または座標を測定する際には、テーブル２上に被測定物を載置し、Ｙ方向駆動機構３、Ｘ方向駆動機構７およびＺ方向駆動機構１１を駆動させてプローブ１３を移動させ、被測定物にプローブ１３を接触させる。このときのプローブ１３の位置を記録することによって、被測定物の位置および／または座標を測定することができる。

Ｚ方向駆動機構１１を駆動させるときは、モータ１７を回転駆動させて駆動ローラ１５を回転させる。すると、支持軸２８を駆動ローラ１５と従動ローラ１６で挟み込みこんでいるので、この両ローラ１５，１６と支持軸２８との間の摩擦力で駆動ローラ１５と従動ローラ１６が支持軸２８に沿って移動される。駆動ローラ１５と従動ローラ１６が移動されると、この駆動ローラ１５と従動ローラ１６とともにＺ軸スピンドル１２がガイド筒２２にガイドされつつ上下方向に昇降され、プローブ１３が移動される。

このとき、Ｚ軸スピンドル１２が上下方向に昇降されても、プローブ１３からの配線１３Ａは、保護筒４１の外面とＺ軸スピンドル１２の内面との間の誘導路４３内に保持されているから、配線１３Ａがシリンダ２０に接触するのが防止されている。そのため、シリンダ２０に外力が作用しないから、シリンダ２０に曲げ力が作用するのを防止できる。その結果、シリンダ２０とピストン２９とが円滑に摺動できるから、Ｚ軸スピンドル１２の上下動や測定精度にも影響を与えることが少ない。もとより、プローブ１３からの配線１３ＡはＺ軸スピンドル１２の外側に沿って配線されていないため、外観を損なうこともない。
しかも、本実施形態では、保護筒４１をＺ軸スピンドル１２内に設置するだけで誘導路４３を形成することができるから、つまり、新たに保護筒４１を追加して設置するだけで構成できるから、簡単に構成できる。

＜変形例＞
本発明は、上記の実施形態に限定されるものでなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれる。

前記実施形態では、Ｚ軸スピンドル１２の内部に、シリンダ２０の外面を覆う保護筒４１を取り付け、この保護筒４１の外面とＺ軸スピンドル１２の内面との間に誘導路４３を形成したが、これに限られない。
例えば、図４に示すように、Ｚ軸スピンドル１２の内面に、プローブ１３からの配線１３Ａを収納する配線収納穴または配線収納溝４４をシリンダ２０の外面と離して形成し、この配線収納穴または配線収納溝４４を誘導路４３として形成してもよい。このようにすれば、新たな部品を追加しなくてもよいので、安価に構成出来る利点がある。

前記実施形態では、摩擦駆動機構１４を備えた三次元測定機について説明したが、摩擦駆動機構１４を備えない三次元測定機であってもよい。つまり、手動でＺ軸スピンドル１２を昇降操作する構造の三次元測定機であってもよい。

本発明は、先端にプローブを有するスピンドルの上下方向への操作性を図ったエアーバランス機構を有する三次元測定機に利用できる。

１…三次元測定機、
２…テーブル、
３…Ｙ方向駆動機構（移動機構）、
７…Ｘ方向駆動機構（移動機構）、
９…Ｘスライダ（支持部材）、
１１…Ｚ方向駆動機構（移動機構）、
１２…Ｚ軸スピンドル、
１３…プローブ、
１３Ａ…配線、
１９…エアーバランス機構、
２０…シリンダ、
２２…ガイド筒（支持部材）、
２８…支持軸、
２９…ピストン、
４１…保護筒、
４２…引出口、
４３…誘導路、
４４…配線収納溝、
２０１…押上力発生室。

Claims

被測定物を載置するテーブルと、支持部材に上下方向へ昇降可能に支持され先端にプローブを有する筒状のスピンドルと、このスピンドルを上下方向へ昇降させるＺ方向駆動機構、前記テーブルと前記スピンドルとを前記上下方向に対して直交しかつ互いに直交する方向へ相対移動させるＸ方向駆動機構およびＹ方向駆動機構を有する移動機構と、前記プローブを含むスピンドルの重量に見合う押上力を前記スピンドルに発生させるエアーバランス機構とを備えた三次元測定機において、
前記エアーバランス機構は、前記スピンドルの内部に上下方向に沿って設けられたシリンダと、このシリンダ内に摺動可能に収納されたピストンと、このピストンを前記支持部材に支持する支持軸と、前記ピストンで区画された前記シリンダ内の空間であって供給されるエアーの圧力によって前記プローブを含むスピンドルの重量に見合う押上力を前記スピンドルに発生させる押上力発生室とを備えて構成され、
前記プローブからの配線を、前記シリンダに接触させることなく、前記スピンドルの内面と前記シリンダの外面との間を通して前記スピンドルの外部へ導く誘導路が前記スピンドルの内部に形成されている、ことを特徴とする三次元測定機。
請求項１に記載の三次元測定機において、
前記スピンドルの内部には前記シリンダの外面を覆う保護筒が取り付けられ、この保護筒の外面と前記スピンドルの内面との間に前記誘導路が形成されていることを特徴とする三次元測定機。
請求項１に記載の三次元測定機において、
前記スピンドルの内面に前記プローブからの配線を収納する配線収納穴または配線収納溝が前記シリンダの外面と離間して形成され、この配線収納穴または配線収納溝が前記誘導路として形成されていることを特徴とする三次元測定機。